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淺談造氣系統(tǒng)開(kāi)、停車(chē)煤棒制惰

向宏

(湖北新洋豐合成氨廠湖北荊門(mén)448150)

0 前言

惰性氣體置換是合成氨裝置開(kāi)、停車(chē)過(guò)程中最常用、最重要的置換方法之一。能否成功置換，直接關(guān)系到人員、設(shè)備、生產(chǎn)、檢修的安全及生產(chǎn)裝置消耗，因而造氣操作工需熟練掌握制惰方法。本文論述合成氨裝置惰性氣體置換的重要性，并對(duì)以煤棒為原料的三步制惰、五步制惰方法及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討。

1 惰性氣體置換的重要性

惰性氣體是合成氨裝置開(kāi)、停車(chē)時(shí)，造氣、脫硫、壓縮、變換等系統(tǒng)所必用的置換氣體。因?yàn)樵诤铣砂鄙a(chǎn)中，半水煤氣都必須經(jīng)過(guò)4個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備、管道，在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，其設(shè)備、管道中充滿(mǎn)空氣；停車(chē)過(guò)程中，其設(shè)備、管道中充滿(mǎn)半水煤氣。半水煤氣的爆炸極限(含可燃?xì)怏w)是6.9%～70.5%(體積分?jǐn)?shù)，下同)，當(dāng)半水煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)≥1.0%時(shí)就有可能發(fā)生爆炸，因而半水煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)必須嚴(yán)格控制在<0.5%。而空氣中氧體積分?jǐn)?shù)約21.0%，若開(kāi)車(chē)時(shí)4個(gè)系統(tǒng)設(shè)備、管道內(nèi)的空氣未經(jīng)置換合格就直接通入半水煤氣，或停車(chē)時(shí)設(shè)備、管道中半水煤氣未經(jīng)置換合格就直接開(kāi)啟閥門(mén)通入空氣，必然導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，其后果不堪設(shè)想。

合成氨裝置置換所用的惰性氣體是造氣系統(tǒng)所生產(chǎn)的、符合裝置設(shè)備和管道置換需要的吹風(fēng)氣，惰性氣體成分(體積分?jǐn)?shù))見(jiàn)表1。

表1惰性氣體成分(體積分?jǐn)?shù))

%

由表1可知，惰性氣體中主要成分是不易與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的CO2和N2，而化學(xué)性質(zhì)較活潑的CO(爆炸極限12.0%～74.5%)和H2(爆炸極限4.0%～75.6%)的體積分?jǐn)?shù)均低于其爆炸極限，因此，可用惰性氣體對(duì)設(shè)備、管道中的空氣或半水煤氣進(jìn)行徹底置換，以保障裝置開(kāi)、停車(chē)及停車(chē)后檢修的絕對(duì)安全。

2 設(shè)備配置及工藝設(shè)置

2.1設(shè)備配置

在煤氣總管距氣柜進(jìn)口水封上部約1 m處安裝1只放空蝶閥，用于造氣爐提溫階段不合格惰性氣體放空，并對(duì)煤氣總管進(jìn)行徹底置換；若是大、中型合成氨裝置，經(jīng)常用于制惰的單元(一般用離氣柜最遠(yuǎn)的造氣系統(tǒng)造氣爐作為制惰單元)洗滌塔水封上部應(yīng)安裝氣體分析取樣點(diǎn)，便于隨時(shí)分析和掌握制得的惰性氣體成分變化情況，一旦制惰氣體合格后可及時(shí)送往后系統(tǒng)，加快全裝置惰性氣體的置換進(jìn)程；造氣系統(tǒng)制惰單元在下行煤氣管上安裝放空管及控制閥門(mén)，閥門(mén)規(guī)格可略小于下行煤氣閥，并與下吹蒸汽閥和下行煤氣閥共用1只電磁換向閥，用于下吹階段煤氣放空；可采用人工手動(dòng)加煤、手動(dòng)下灰造氣爐，亦可以采用自動(dòng)加焦、自動(dòng)下灰造氣爐。

2.2工藝設(shè)置

未采用DCS中控系統(tǒng)的造氣系統(tǒng)，可在造氣微機(jī)中臨時(shí)輸入制惰程序；采用DCS中控系統(tǒng)的造氣系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)中已經(jīng)預(yù)設(shè)制惰程序，制惰時(shí)直接將計(jì)算機(jī)顯示屏上“制惰、制氣”窗口切換為“制惰”即可。三步制惰法采用二次上吹、吹凈、吹風(fēng)3個(gè)階段制取惰性氣體；五步制惰法采用二次上吹、吹凈、吹風(fēng)、上吹、下吹5個(gè)階段制取惰性氣體。制惰時(shí)，可根據(jù)需要在計(jì)算機(jī)中輸入相應(yīng)程序，或者直接更改DCS中控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的制惰循環(huán)時(shí)間設(shè)置工藝參數(shù)即可(三步制惰法將上吹時(shí)間和下吹時(shí)間設(shè)為0 s)；造氣爐提溫合格之后，每個(gè)制氣循環(huán)自動(dòng)將吹風(fēng)氣回收至氣柜。Φ2 650 mm造氣爐使用烘干煤棒為原料、采用三步制惰法和五步制惰法制惰時(shí)的循環(huán)時(shí)間設(shè)置如表2所示。

表2制惰循環(huán)時(shí)間設(shè)置

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3 制惰操作

3.1制惰提溫方法

為了保證能夠在短時(shí)間內(nèi)制得合格的惰性氣體，制惰前應(yīng)先采用制惰提溫方法為造氣爐提溫。因造氣爐爐況不同，開(kāi)車(chē)制惰和停車(chē)制惰所采用的提溫方法亦有所不同。

(1)開(kāi)車(chē)制惰。開(kāi)啟風(fēng)機(jī)、油泵，開(kāi)啟各造氣爐空氣加氮閥，提溫；當(dāng)上行煤氣溫度達(dá)400 ℃左右時(shí)，啟用自動(dòng)加焦補(bǔ)料程序(使用儲(chǔ)煤倉(cāng)中的煤)或者采用電動(dòng)葫蘆手動(dòng)加煤(使用備煤)，直至造氣爐爐內(nèi)炭層和空程高度合格；上行煤氣溫度達(dá)到350～380 ℃時(shí)，關(guān)閉空氣加氮閥，停止提溫；通知型煤車(chē)間和鍋爐車(chē)間分別為造氣爐供應(yīng)煤棒以及蒸汽。手動(dòng)加煤時(shí)，需啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆吊煤棒備用，并將入爐空氣和造氣壓力調(diào)節(jié)至適宜范圍(以Φ2 650 mm造氣爐為例，三步制惰法和五步制惰法有關(guān)參數(shù)比較見(jiàn)表3)；造氣微機(jī)或者中控DCS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)按表2輸入?yún)?shù)(根據(jù)各企業(yè)實(shí)際情況或者習(xí)慣選用三步制惰法或者五步制惰法)后，將造氣微機(jī)或中控DCS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的制氣/制惰開(kāi)關(guān)切換至“制惰”程序，開(kāi)始制惰造氣爐提溫操作。

(2)停車(chē)制惰。將造氣爐直接由制氣程序轉(zhuǎn)為制惰程序即可。

3.2制惰提溫操作

按表2制惰循環(huán)時(shí)間設(shè)置工藝參數(shù)對(duì)造氣爐進(jìn)行全放空制惰、提溫操作。采用三步制惰法時(shí)，二次上吹、吹凈、吹風(fēng)階段所生成氣體全部自煙囪放空；采用五步制惰法時(shí)，除下吹階段生成的氣體從下行放空閥放空外，其他4個(gè)階段生成氣體自煙囪放空。當(dāng)制惰單元造氣爐炭層高度、爐溫正常后,再合上造氣微機(jī)的“加氮”按鈕，或者點(diǎn)擊中控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)“壓回收”窗口，開(kāi)始向煤氣總管送吹風(fēng)氣。停車(chē)制惰時(shí)，送1臺(tái)造氣爐吹風(fēng)氣的同時(shí)打開(kāi)氣柜進(jìn)口煤氣總管放空閥，將其他制惰單元爐的吹風(fēng)氣送至氣柜(先送1臺(tái)造氣爐的吹風(fēng)氣至煤氣總管進(jìn)行置換。如果同時(shí)送多臺(tái)造氣爐的吹風(fēng)氣，由于未完全開(kāi)啟氣柜進(jìn)口放空閥而容易導(dǎo)致氣柜憋壓，因此需開(kāi)啟放空閥后再將其他造氣爐的吹風(fēng)氣送至氣柜)，讓不合格的惰性氣體從氣柜進(jìn)口水封上部的蝶閥處放空。

表3三步制惰法和五步制惰法有關(guān)參數(shù)比較

項(xiàng) 目三步制惰法五步制惰法加煤、下灰方式全手動(dòng)全自動(dòng)入爐空氣壓力/kPa23～2525～28入爐蒸汽壓力/MPa0.035～0.0400.035～0.040加煤間隔時(shí)間/min302每次加煤量/kg1500～155080～85爐內(nèi)空程/m1.30～1.601.25～1.30下灰間隔時(shí)間/min6010灰渣狀況疤多塊大、殘?zhí)几哒；以?、殘?zhí)嫉蜖t條機(jī)轉(zhuǎn)速/(r·min-1)500～550400～450上行煤氣溫度/℃450～650300～320下行煤氣溫度/℃約100190～200

3.3制備惰性氣體

每15 min分析1次樣氣(取自制惰單元洗滌塔水封上部取樣點(diǎn))。分析合格后，立即排空氣柜進(jìn)口水封內(nèi)水，同時(shí)關(guān)閉氣柜進(jìn)口水封處煤氣總管放空蝶閥，將惰性氣體送入氣柜，造氣系統(tǒng)進(jìn)行制惰操作，直至后系統(tǒng)及本系統(tǒng)全部置換合格后，停止制惰操作。

4 制惰法效果比較

三步制惰法的主要特點(diǎn)：造氣爐爐面(最上炭層)溫度高，所以能在較短時(shí)間內(nèi)制得合格的惰性氣體，故適合于生產(chǎn)規(guī)模較小的裝置。但因其造氣爐爐面溫度高，故上行氣體溫度(約600 ℃)偏高，在手動(dòng)加煤時(shí)爐口易爆鳴，易造成操作人員燒、燙傷，燒壞上行煤氣管保溫層、上行煤氣測(cè)溫?zé)犭娕夹盘?hào)線(xiàn)，甚至造成上行煤氣閥和煤氣總閥處起火，威脅安全生產(chǎn)；制惰時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易導(dǎo)致造氣爐爐況波動(dòng)，無(wú)法滿(mǎn)足大、中型合成氨裝置長(zhǎng)時(shí)間大用量惰性氣體置換的需求；灰渣中殘?zhí)剂窟^(guò)高，造成煤棒浪費(fèi)。目前，采用三步制惰法的企業(yè)呈減少趨勢(shì)。

五步制惰法的主要優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需重新設(shè)置造氣循環(huán)步驟和時(shí)間，可利用原來(lái)的制氣工藝；制惰時(shí)，只需將“制氣、制惰”窗口切換為“制惰”即可進(jìn)行制惰操作；可長(zhǎng)時(shí)間保持制惰造氣爐爐況的穩(wěn)定，滿(mǎn)足造氣、脫硫、壓縮、變換等系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間、較大用量的惰性氣體置換的需要；較低的上行煤氣和吹風(fēng)氣溫度為設(shè)備和操作人員的安全提供了切實(shí)的安全保障。故五步制惰法適合大、中型合成氨企業(yè)，尤其是采用DCS中控系統(tǒng)、自動(dòng)加焦和自動(dòng)下灰工藝的生產(chǎn)裝置的制惰需求。

5 制惰過(guò)程中的注意事項(xiàng)

(1)制惰前，尤其是停車(chē)檢修后開(kāi)車(chē)制惰時(shí)，造氣爐點(diǎn)火、提溫后爐內(nèi)炭層溫度必須合格；爐溫過(guò)低時(shí)，不宜倉(cāng)促啟動(dòng)制惰操作程序，防止惰性氣體中氧含量偏高影響全裝置置換安全和置換進(jìn)度。

(2)制惰過(guò)程中，尤其是采用手動(dòng)加煤和手動(dòng)下灰的造氣爐，若出現(xiàn)結(jié)疤、穿洞、炭層吹翻、塌方下生棒等不良現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，最好停止?fàn)t況不佳的造氣爐，而換用其他爐況較好的造氣爐繼續(xù)制惰。

(3)開(kāi)車(chē)制惰時(shí)，因蒸汽管網(wǎng)預(yù)熱時(shí)部分蒸汽從導(dǎo)淋放空，鍋爐初送蒸汽時(shí)的蒸汽品位低，部分蒸汽冷凝成水從疏水閥排掉；同時(shí)，造氣爐內(nèi)炭層溫度低，蒸汽分解率較低，所以開(kāi)車(chē)制惰初期蒸汽消耗較大。若減壓后蒸汽壓力過(guò)低，應(yīng)及時(shí)調(diào)整蒸汽壓力，確保入爐蒸汽能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，必要時(shí)減少制惰單元爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)，避免爐況惡化。

(4)在滿(mǎn)足后序系統(tǒng)惰性氣體置換的同時(shí)，造氣系統(tǒng)應(yīng)將其他單元煤氣系統(tǒng)進(jìn)行惰性氣體置換，操作時(shí)只需手動(dòng)開(kāi)啟不進(jìn)行制惰操作的造氣爐兩端的煤氣總閥和安全閥(共用1只電磁換向閥)，使惰性氣體從煤氣總管倒流至不進(jìn)行制惰操作的造氣爐兩端的旋風(fēng)除塵器，從煙囪放空約5 min即可，但不可多單元爐系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行置換，防止惰性氣體氣量不足。

(5)為保障造氣系統(tǒng)生產(chǎn)安全，需待脫硫、壓縮、變換等系統(tǒng)惰性氣體置換均合格后，再對(duì)尚未投入運(yùn)行的單元爐煤氣系統(tǒng)進(jìn)行惰性氣體置換，制惰結(jié)束后生產(chǎn)煤氣時(shí)還要進(jìn)行煤氣置換。

(6)停車(chē)時(shí)，各單元煤氣系統(tǒng)惰性氣體置換合格后還要進(jìn)行空氣置換，以確保生產(chǎn)和檢修的安全。

(收到修改稿日期2014- 10- 21)

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